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提神醒腦——來看近紅外如何幫您品鑒茶葉
茶葉源于中國,早期是祭祀用品,隨后用于烹飪和入藥,最后才發展成為一種飲料。區別于風味多樣的加工茶,傳統的原葉茶主要可以分為綠茶、黃茶、烏龍茶、紅茶、黑茶和白茶,而綠茶又是我國產量最多的一類茶,接近九成的產茶省區都生產綠茶,每年綠茶的產量占茶葉總產量的一半以上。綠茶不僅在國內深受歡迎,在全世界也是一種被廣泛喜愛的無酒精飲品,出口茶葉中 80% 以上都是綠茶,由此可見一斑。
特級綠茶屬于綠茶中評價最高的一類,其不僅外形美觀,而且所泡之茶茶湯清亮,香氣濃郁,口感宜人。特級茶有著非常嚴格的采摘標準和明確的加工要求,通常只在春季由人工按照一芽一葉的標準進行采茶。盡管特級綠茶具有非常高的價值,但其與普通綠茶的區別,很難僅僅通過外觀來判斷。目前為止,若需要明確地鑒定出特級綠茶,最為權威的方法是由一組專業人士對標準品和樣品進行感官評定,從而判斷樣品的優劣。這種鑒定方法條件相對苛刻,且費時費力,對于有大批量檢測需求的情況就非常不友好且不現實。
近紅外光譜分析作為一種快速無損的分析技術,其在食品的質量控制中已被廣泛應用。浙江大學范方媛課題組使用近紅外分析建立了無損區分特級綠茶與其它等級綠茶的模型。
樣品準備
從市場中購買 279 個綠茶樣品,其中 127 個為特級, 152 個為其它等級,測量前用塑料袋密封并在 -20 ℃ 環境下儲存。
測量參數
光譜范圍:10000 cm-1-4000 cm-1,分辨率2 cm-1,使用漫反射測量方式,每次稱重 10g 茶葉,每個樣品測量三次取平均光譜。
▲ 茶葉樣品的原始近紅外光譜
光譜預處理
光譜多元信號校正、中心化處理和 Savitzky-Golay 求導(一階導和二階導)。
▲ 茶葉樣品經預處理后的近紅外光譜
感官評價
根據國標(GB/T23776)要求,一共六位評審專家對樣品的外形、湯色、香氣、滋味、葉底進行打分,然后根據每個維度不同權重綜合計算最終得分,滿分為 100。
模型校正
不同等級的樣品分別分成兩個數據集,其中 185 個樣品用于交互檢驗校正,94 個樣品用于驗證模型效果。建模方法分別采用了經典偏最小二乘(PLS)以及優化的區間偏最小二次(siPLS)算法。使用均方根誤差(RMSE)和預測偏差比(RPD)來評價模型的預測的準確性。
▲ 最終優化模型對外部驗證樣品預測結果
經過優化后的模型對 185 個建模樣品和 94 個外部驗證樣品的預測準確度分別達到了 97% 和 93%,證明模型夠較為精準地區分特級綠茶與其它等級綠茶,相比于傳統的感官鑒定,近紅外能夠做到快速無損分析,對大批量的檢測鑒定具備獨特的優勢。應用中采用的是步琦 NIRFlex 系列近紅外光譜儀,多種配置和穩定性能助力科學研究。
參考文獻
Chunlin Li. Rapid and non-destructive discrimination of special-grade flat green tea using Near-infrared spectroscopy[J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2019, 206(5): 254-262.
步琦傅里葉變換光譜儀
NIRFlex N-500
NIRFlex N-500 獨特的偏振干涉儀設計,相比經典傅里葉近紅外光譜儀,在簡化光路空間的同時,極大地提升了設備的抗震能力,更能通過實驗室、生產車間、倉庫等多種復雜測量環境的考驗。
NIRFlex N-500 模塊化的設計,4 種測量池以及多達近 20 種的測量附件,能夠滿足幾乎所有的測量場景。更換快捷方便,一臺機器就能完成多樣品形態的測量分析工作。
NIRFlex N-500 貼心的雙燈源設計,一旦主燈能量降低到閾值之下,就自動切換至副燈,不會造成分析間斷而影響生產效率。
NIRFlex N-500 內置校準標準物,搭配功能全面且強大的軟件套件,保證數據安全,滿足 GMP 及 21 CFR Part 11 的要求,為制藥行業提供安全穩定的分析手段。
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